JP6410820B2 - Monitoring system and method for monitoring the hemodynamic state of a subject - Google Patents

Monitoring system and method for monitoring the hemodynamic state of a subject Download PDF

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Description

本発明は、対象の血行力学的状態をモニタリングする、特に例えば患者又は未熟児といった対象の血圧における変化をモニタするモニタリングシステム及び対応する方法に関する。本発明は更に、プロセッサ及び対応する処理方法並びに斯かるモニタリングシステムに用いる上記処理方法を実現するコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a monitoring system and a corresponding method for monitoring the hemodynamic state of a subject, in particular for monitoring changes in the blood pressure of a subject, for example a patient or a premature infant. The present invention further relates to a processor, a corresponding processing method, and a computer program for realizing the processing method used in such a monitoring system.

医療モニタリングシステムの分野において、患者のパルス及び呼吸を検出するため尖位置に配置される加速度計、上腕のカフベースの血圧モニタ、及び更に手首又は指先のフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）センサを持つモニタリングデバイスが利用可能である。これらのセンサは、患者の連続的なモニタリングを可能にする。   In the field of medical monitoring systems, there are monitoring devices with accelerometers located at apex to detect patient pulses and respiration, cuff-based blood pressure monitors on the upper arm, and photoplethysmography (PPG) sensors on the wrist or fingertip. Is available. These sensors allow continuous monitoring of the patient.

患者悪化の微妙な徴候の早期の認識は、患者モニタリングシステムにより解決されるべき主要な課題であることが分かった。   Early recognition of subtle signs of patient deterioration has proven to be a major challenge to be solved by patient monitoring systems.

連続的な血圧測定は、患者に関するリスクを増加させる場合がある例えば血行力学的不安定性を持つ特定の患者に必要な場合がある。更に、これはしばしば、新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）における未熟児をモニタリングするのに重要である。非侵襲性の血圧測定は主に、脈拍流体圧力計による閉鎖的な腕カフに基づかれる。これは断続的な測定だけを可能にする。この方法は、患者にとって不快であるか、又は更には未熟児に対して使用するのが困難であるだけではなく、危機的な血圧変化が、血圧測定のない時間間隔の間に見逃される可能性もある。血圧は典型的に、低い鋭敏さ設定において１日１〜２回だけ測定される。   Continuous blood pressure measurement may be necessary for certain patients with hemodynamic instability, for example, which may increase the risk for the patient. Moreover, this is often important for monitoring premature babies in the neonatal intensive care unit (NICU). Non-invasive blood pressure measurement is mainly based on a closed arm cuff with a pulse fluid pressure gauge. This only allows intermittent measurements. This method is not only uncomfortable for the patient or even difficult to use for premature babies, but critical blood pressure changes may be missed during time intervals without blood pressure measurements. There is also. Blood pressure is typically measured only once or twice a day in a low sensitivity setting.

従って、血行力学的状態及び特に血圧の有意な変化の連続的な検出を提供するモニタリングデバイスに関する強い関心が存在する。   Accordingly, there is a strong interest in monitoring devices that provide continuous detection of hemodynamic conditions and particularly significant changes in blood pressure.

従来技術から知られる血圧変化をモニタする方法は、パルス到達時間方法論に基づかれる。そこでは、心拍が、心電図から得られ、血圧変化は、フォトプレチスモグラムと組み合わせて決定される。それは、患者の指先、耳、額又は手首での個別の光学センサにより得られる。パルス到達時間は、前駆出時間及びパルス移動時間の合計として決定される。この場合、イソ・ボリュメトリック収縮の期間である前駆出時間が、血圧と独立して変化することができる。その結果、この方法の信頼性は減らされる。しかしながら、パルス到達時間の相対的な変化を用いることが、血圧減少が原因による切迫した気絶の早期の検出に関する可能なパラメータとして示された。この場合、２０ｍｍＨｇの減少は、パルス到達時間における２０〜４０ミリ秒の変化に関連付けられる。 The method of monitoring blood pressure changes known from the prior art is based on a pulse arrival time methodology. There, the heartbeat is obtained from an electrocardiogram and the blood pressure change is determined in combination with a photoplethysmogram. It is obtained by individual optical sensors at the patient's fingertip, ear, forehead or wrist. The pulse arrival time is determined as the sum of the precursor delivery time and the pulse travel time. In this case, the precursor time, which is the period of isovolumetric contraction, can vary independently of blood pressure. As a result, the reliability of this method is reduced. However, using relative changes in pulse arrival time has been shown as a possible parameter for early detection of impending stunning due to blood pressure reduction. In this case, a 20 mm Hg reduction is associated with a 20-40 ms change in pulse arrival time.

ＷＯ２０１３／０９３６９０Ａ１号は、ユーザにおける圧受容器反射をモニタするのに使用される装置を開示する。この装置は、ユーザがベッドで横たわる位置から座った姿勢に移るときを決定するためベッドに付けられる又はこの近くに配置される第１のセンサにより出力される信号を処理するよう構成されるか、又は横たわる位置から座った姿勢に移る結果として発生するユーザの心拍における変化を決定するため信号を処理することによりユーザの圧受容器反射のインジケーションを提供するよう構成されるプロセッサを有する。   WO2013 / 093690A1 discloses an apparatus used to monitor baroreceptor reflexes in a user. The device is configured to process a signal output by a first sensor attached to or near the bed to determine when the user moves from a lying position on the bed to a sitting position; Or having a processor configured to provide an indication of the user's baroreceptor reflex by processing the signal to determine a change in the user's heart rate that occurs as a result of moving from a lying position to a sitting posture.

Wong M. Y. M.らによる「Contactless recording of photoplethysmogram on a sleeping bed」、PROCEEDINGS OF THE 31 ST ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY: ENGINEERING THE FUTURE OF BIOMEDICINE、EMBC 2009、IEEE、3 September 2009 (2009-09-03)、pages 907-910は、心拍（ＨＲ）推定に関する睡眠用のベッド上で反射型モード・フォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）を記録するための、コンタクトレスのモニタリング方法を開示する。心電図（ＥＣＧ）及びパルス移動時間（ＰＴＴ）が、この研究においても測定される。ＥＣＧは対象の四肢から測定され、一方ＰＰＧは、それぞれＰＰＧセンサ及び対象の皮膚の間の直接の接触がある場合とない場合とで、右人さし指及び背中から得られる。センサが皮膚に直接付けられなかった場合であっても、はっきりしたＰＰＧ波形が対象の背中から得られる。背中ＰＰＧから得られるビートトゥビートＨＲは、指ＰＰＧ及びＥＣＧから測定されるビートトゥビートＨＲと密接に相関される。   Wong MYM et al. `` Contactless recording of photoplethysmogram on a sleeping bed '', PROCEEDINGS OF THE 31 ST ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY: ENGINEERING THE FUTURE OF BIOMEDICINE, EMBC 2009, IEEE, 3 September 2009 (2009- 09-03), pages 907-910, disclose a contactless monitoring method for recording a reflection mode photoplethysmogram (PPG) on a sleeping bed for heart rate (HR) estimation. Electrocardiogram (ECG) and pulse transit time (PTT) are also measured in this study. ECG is measured from the subject's limb, while PPG is obtained from the right index finger and back with and without direct contact between the PPG sensor and the subject's skin, respectively. Even when the sensor is not applied directly to the skin, a clear PPG waveform is obtained from the subject's back. The beat-to-beat HR obtained from the back PPG is closely correlated with the beat-to-beat HR measured from the finger PPG and ECG.

体上センサ（例えば、新生児の皮膚を害する電極）なしに、対象、例えば新生児看護における未熟児の血行力学的状態をモニタする、特に血行力学的危機を検出するためのモニタリングシステムは、現在利用可能ではない。   Monitoring systems are currently available to monitor the hemodynamic status of premature infants in subjects such as neonatal care, especially for detecting hemodynamic crises, without body sensors (eg, electrodes that harm neonatal skin) is not.

本発明の目的は、低い技術的な負担で、対象に対する増加された快適さ及び改良された安全性で連続的なモニタリングを可能にし、特に未熟児のモニタリングに使用可能である、対象の血行力学的状態をモニタリングする改良されたモニタリングシステム及び方法を提供することである。   The object of the present invention is to enable continuous monitoring with increased comfort and improved safety for a subject at low technical burden, and in particular to be used for monitoring premature infants. It is to provide an improved monitoring system and method for monitoring the physical condition.

本発明の一つの側面によれば、対象の血行力学的状態をモニタするモニタリングシステムが提供され、このシステムは、
時間にわたり上記対象の複数の画像を得る撮像ユニットと、
上記対象のバイタルサインに関連付けられる上記対象のセンサ信号を得るセンサユニットと、
上記複数の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成するＰＰＧユニットと、
１つ又は複数のパルス到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、上記１つ又は複数のＰＡＴ測定から上記対象の上記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するため、上記センサ信号及び上記ＰＰＧ信号を評価する評価ユニットとを有する。 According to one aspect of the present invention, a monitoring system for monitoring a subject's hemodynamic status is provided, the system comprising:
An imaging unit for obtaining a plurality of images of the object over time;
A sensor unit for obtaining a sensor signal of the object associated with the vital sign of the object;
A PPG unit that generates a photoplethysmography PPG signal from the plurality of images;
One or more pulse arrival time PAT measurements are extracted, and the sensor signal and the PPG signal are evaluated to extract hemodynamic information about the hemodynamic state of the subject from the one or more PAT measurements. An evaluation unit.

本発明の別の側面によれば、対象の血行力学的状態をモニタするモニタリングシステムに用いられるプロセッサが提供され、このプロセッサは、
時間にわたり得られた複数の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成するＰＰＧユニットと、
１つ又は複数パルスの到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、上記１つ又は複数のＰＡＴ測定から、上記対象の上記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するため、上記対象のバイタルサインに関連付けられる上記対象のセンサ信号と上記ＰＰＧ信号とを評価する評価ユニットとを有する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a processor for use in a monitoring system for monitoring a subject's hemodynamic status, the processor comprising:
A PPG unit for generating a photoplethysmographic PPG signal from a plurality of images obtained over time;
One or more pulses of arrival time PAT measurements are extracted and associated with the vital signs of the subject to extract hemodynamic information about the hemodynamic state of the subject from the one or more PAT measurements. An evaluation unit for evaluating the target sensor signal and the PPG signal.

本発明の更に他の側面において、対応する方法と、コンピュータで実行されるとき上記方法のステップをコンピュータに実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムと、斯かるコンピュータプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読の記録媒体とが提供される。   In yet another aspect of the invention, a corresponding method, a computer program having program code means for causing a computer to execute the steps of the method when executed on a computer, and a non-transitory computer readable storage for such a computer program. Recording media.

本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載の、方法、プロセッサ、コンピュータプログラム及び媒体は、請求項に記載されるシステム及び従属項に規定されるシステムと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。   Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims. It is to be understood that the method, processor, computer program and medium recited in the claims have preferred embodiments that are similar to and / or identical to the system recited in the claims and the system defined in the dependent claims.

本発明は、対象の血行力学的状態に関する血行力学的情報（例えば血圧）の抽出において１つの要素として使用されるＰＰＧ信号を得るのにコンタクトレスの方法を利用するというアイデアに基づかれる。上記コンタクトレスの方法は、一般に知られており、対象の心拍、呼吸レート又はＳｐ０２といったバイタルサインを得る遠隔ＰＰＧの原理を使用する。それは、対象の画像フレームの時系列を得る例えばカメラ（例えばビデオカメラ）といった撮像ユニットを使用する。これは既知の態様においてＰＰＧ信号を生成するのにその後使用される。   The present invention is based on the idea of using a contactless method to obtain a PPG signal that is used as an element in the extraction of hemodynamic information (eg blood pressure) regarding the hemodynamic state of a subject. The contactless method is generally known and uses the principle of remote PPG to obtain vital signs such as heart rate, respiration rate or Sp02 of the subject. It uses an imaging unit such as a camera (eg a video camera) that obtains a time series of image frames of interest. This is then used in a known manner to generate a PPG signal.

本発明は、対象のバイタルサインに関連付けられ、センサユニット（１つ又は複数の同一又は異なるセンサを含む）により取得されるセンサ信号を第２の要素として使用する。このセンサユニットは好ましくは、同様に対象の体に対してセンサを構成することなしに、センサ信号を測定するよう構成される。   The present invention uses as a second element a sensor signal associated with a vital sign of interest and obtained by a sensor unit (including one or more identical or different sensors). The sensor unit is preferably configured to measure sensor signals without similarly configuring a sensor for the subject's body.

ＰＰＧ信号及びセンサ信号の結合された分析を用いて、対象の血行力学的状態及び詳細には血行力学的状態変化に関する信頼性が高く即時的な情報が、対象の体に付けられるセンシング手段を使用することなしに、好ましくはコンタクトレスの態様において得られることができる。更に、連続的なモニタリングが容易に可能である。提案されたシステムはこうして、増加された快適さを提供し、例えばＮＩＣＵといった、未熟児の連続的なモニタリングに関して使用されることができる。   Using a combined analysis of PPG signals and sensor signals, using sensing means where reliable and immediate information about the subject's hemodynamic status and in particular the hemodynamic status change is attached to the subject's body Without doing so, it can preferably be obtained in a contactless manner. Furthermore, continuous monitoring is easily possible. The proposed system thus provides increased comfort and can be used for continuous monitoring of premature infants, such as NICU.

ある実施形態によれば、上記評価ユニットが、上記センサ信号及び上記ＰＰＧ信号の上記評価から血圧における変化を決定するよう構成される。ＰＰＧ信号は、血液量パルスに関する情報を供給し、センサ信号は、例えば心拍といったバイタルサインに関する情報を供給し、又はＥＣＧ信号さえ表す。これらの２つの信号の組み合わせから、特定の時間期間信号が、決定されることができ、これは、心臓誘導圧力波が、対象の動脈系において進む速度に対応する。血圧における変化がその後、この時間期間信号に基づき決定されることができる。血圧は単にＰＰＧ信号及びセンサ信号を測定することにより決定されるので、血圧における変化を決定する技術的な負担は減らされ、対象は（例えばカフベースの）血圧測定デバイスを着用する必要はなく、血圧における傾向が、連続してほぼリアルタイムに測定されることができる。その結果、この測定の高い信頼性が確実にされる。   According to an embodiment, the evaluation unit is configured to determine a change in blood pressure from the evaluation of the sensor signal and the PPG signal. The PPG signal provides information about blood volume pulses, and the sensor signal provides information about vital signs, such as heartbeat, or even represents an ECG signal. From the combination of these two signals, a specific time period signal can be determined, which corresponds to the speed at which the cardiac guided pressure wave travels in the subject arterial system. Changes in blood pressure can then be determined based on this time period signal. Since blood pressure is determined simply by measuring the PPG signal and sensor signal, the technical burden of determining changes in blood pressure is reduced, and the subject does not need to wear a blood pressure measurement device (eg, cuff-based) and blood pressure Can be measured continuously in near real time. As a result, high reliability of this measurement is ensured.

本発明によれば、上記評価ユニットは、１つ又は複数のパルス到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、上記１つ又は複数のＰＡＴ測定から上記対象の上記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するよう構成される。斯かるＰＡＴ測定の非限定的な例は、ＰＡＴフット、ＰＡＴ２０％、ＰＡＴ５０％、ＰＡＴ８０％、ＰＡＴトップ、上記パルス移動時間及び／又は上記前駆出時間である。斯かるＰＡＴ測定は、既知のＰＡＴ方法論から一般に知られる。ＰＰＧ信号及びセンサ信号の組み合わせから、斯かるＰＡＴ測定は、容易に得られることができて、対象の血行力学的状態の変化を検出するためにモニタされることができる。例えば額及び足といったさまざまな体部位からＰＰＧ信号を測定することは、パルス移動時間（ＰＴＴ）測定を検出することを可能にする。これは前駆出時間による影響を受けない。より正確には、数学的条件において、少なくとも２つの測定されたＰＡＴの差をとることは、ＰＥＰ貢献をキャンセルし、ＰＴＴ差だけが残る。 According to the invention, the evaluation unit extracts one or more pulse arrival time PAT measurements and extracts hemodynamic information relating to the hemodynamic state of the subject from the one or more PAT measurements. It is configured as follows. Non-limiting examples of such PAT measurements are PAT foot, PAT 20%, PAT 50%, PAT 80%, PAT top, pulse travel time and / or precursor time . Such PAT measurements are generally known from known PAT methodologies. From a combination of PPG and sensor signals, such PAT measurements can be easily obtained and monitored to detect changes in the subject's hemodynamic state. Measuring PPG signals from various body parts, such as forehead and foot, makes it possible to detect pulse travel time (PTT) measurements. This is not affected by the precursor delivery time . More precisely, taking the difference of at least two measured PATs in mathematical conditions cancels the PEP contribution, leaving only the PTT difference.

好ましくは、上記評価ユニットが、上記センサ信号からＰＡＴ測定の開始信号及び上記ＰＰＧ信号の収縮期の測定値から上記ＰＡＴ測定の終了信号を決定するよう構成される。こうして開始時間及び終了時間が、低い技術的な負担及び高い精度で決定されることができる。   Preferably, the evaluation unit is configured to determine a PAT measurement start signal from the sensor signal and a PAT measurement end signal from the systolic measurement value of the PPG signal. Thus, the start time and end time can be determined with low technical burden and high accuracy.

別の実施形態によれば、上記評価ユニットが、１つ又は複数のＰＡＴ測定における変化を検出し、１つ又は複数のＰＡＴ測定における変化が検出されたかどうかを示すインジケーション信号を出すよう構成される。例えば、血行力学的変化の深刻な変化が検出された場合、非常事態又は警報が、ポケットベル、電話又は他の信号送信手段を介して、介護者、看護婦又は医師に対して信号通知されることができる。   According to another embodiment, the evaluation unit is configured to detect a change in one or more PAT measurements and to provide an indication signal indicating whether a change in one or more PAT measurements has been detected. The For example, if a severe change in hemodynamic change is detected, an emergency or alarm is signaled to the caregiver, nurse or doctor via a pager, phone or other signaling means be able to.

上記評価ユニットは、同じ対象に関して若しくは異なる対象に関して以前取得された、又は複数の対象に関して取得したＰＡＴ測定から形成される（例えば、異なる対象からのＰＡＴ測定の平均として形成される）参照ＰＡＴ測定に対して、１つ又は複数の抽出されたＰＡＴ測定を比較するよう構成される。これは、血行力学的状態のモニタリングの信頼性及び精度を更に増加させる。   The evaluation unit can be used for reference PAT measurements formed from PAT measurements previously acquired for the same subject or for different subjects, or acquired for multiple subjects (eg, formed as an average of PAT measurements from different subjects). In contrast, it is configured to compare one or more extracted PAT measurements. This further increases the reliability and accuracy of hemodynamic status monitoring.

センサユニットは好ましくは、上記対象の心拍に関連付けられる心拍信号の抽出を可能にするＥＣＧセンサ信号を得るＥＣＧセンサ、特に容量ＥＣＧセンサを有する。更に、ある実施形態において、センサユニットは、追加的に又は代替的に、上記対象の心拍に関連付けられる心拍信号、及び／又は上記対象の上記呼吸レートに関連付けられる呼吸信号の抽出を可能にする圧力変化を表す圧力センサ信号を得る圧力センサを有する。斯かるＥＣＧセンサ及び斯かる圧力センサは、一般に知られており、例えば患者ベッドといった患者支持部のマットレス又は織物に埋められることができる。   The sensor unit preferably comprises an ECG sensor, in particular a capacitive ECG sensor, that obtains an ECG sensor signal that allows extraction of a heartbeat signal associated with the subject's heartbeat. Further, in certain embodiments, the sensor unit may additionally or alternatively be a pressure that enables extraction of a heart rate signal associated with the subject's heart rate and / or a breathing signal associated with the subject's respiratory rate. A pressure sensor for obtaining a pressure sensor signal representative of the change; Such ECG sensors and such pressure sensors are generally known and can be embedded in a mattress or fabric of a patient support, for example a patient bed.

呼吸は、ＰＡＴ測定に影響を及ぼす。なぜなら、胸内圧は呼吸負担により調整されるからである。呼吸負担及びＰＡＴ測定の相関の分析は、例えば睡眠の間の無呼吸事象を決定することを可能にする。ＰＰＧパルス信号幅は、全身血管抵抗に関する情報を提供し、例えば心停止といった危機的なイベントの間の集中化又は血管拡張プロセスを推定するために用いられる。   Respiration affects the PAT measurement. This is because the intrathoracic pressure is adjusted by the respiratory burden. Analysis of the correlation between respiratory burden and PAT measurements makes it possible, for example, to determine apnea events during sleep. The PPG pulse signal width provides information about systemic vascular resistance and is used to estimate the centralization or vasodilation process during a critical event such as cardiac arrest.

センサユニットがＥＣＧセンサ及び圧力センサを有する場合、上記評価ユニットが、ＰＰＧ信号、ＥＣＧセンサ信号及び圧力センサ信号の異なる組み合わせから１つ又は複数のパルスの到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、整合性に関して上記１つ又は複数のＰＡＴ測定をチェックし、上記チェックの結果を使用して、上記対象の上記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するよう構成される。こうして、モニタリング結果の精度及び信頼性が更に増加されることができる。矛盾している結果は例えば無視されることができる。その結果、整合性のある結果だけが、血行力学的変化を決定するのに使用される。信号の異なる組み合わせから得られるすべてのＰＡＴ測定が矛盾している場合、これは、ある実施形態において、１つ又は複数の信号の低い信号品質又は不正確な測定のインジケーションとして解釈されることができる。この場合、ユーザが測定セットアップをチェックすることができるよう、対応する出力信号が出されることができる。   If the sensor unit has an ECG sensor and a pressure sensor, the evaluation unit extracts arrival time PAT measurements of one or more pulses from different combinations of PPG signals, ECG sensor signals and pressure sensor signals, and the above for consistency One or more PAT measurements are checked and the results of the check are used to extract hemodynamic information regarding the hemodynamic state of the subject. In this way, the accuracy and reliability of the monitoring result can be further increased. Inconsistent results can be ignored, for example. As a result, only consistent results are used to determine hemodynamic changes. If all PAT measurements obtained from different combinations of signals are inconsistent, this may be interpreted in one embodiment as a low signal quality or inaccurate indication of one or more signals. it can. In this case, a corresponding output signal can be issued so that the user can check the measurement setup.

更に別の実施形態において、モニタリングシステムは更に、対象の血圧を測定するため、血圧測定ユニット、例えばカフベースの血圧測定デバイスを有することができる。この血圧測定ユニットは、時間から時間への正確な測定を用いて、例えば血圧における変化といった決定された血行力学的情報を検査し、ＰＡＴ測定を較正するため、断続的な測定に対して使用されることができる。   In yet another embodiment, the monitoring system can further comprise a blood pressure measurement unit, such as a cuff-based blood pressure measurement device, for measuring the blood pressure of the subject. This blood pressure measurement unit is used for intermittent measurements to examine the determined hemodynamic information, for example changes in blood pressure, and to calibrate the PAT measurement using an accurate measurement from time to time. Can.

更に好ましい実施形態では、評価ユニットは、決定された血行力学的情報に基づき、血圧測定ユニットを制御するよう構成される。こうして、血圧測定の頻度を減らすため、血行力学的状態の有意な変化が検出される場合のみ、血圧測定が始動されることができる。   In a further preferred embodiment, the evaluation unit is configured to control the blood pressure measurement unit based on the determined hemodynamic information. Thus, in order to reduce the frequency of blood pressure measurement, blood pressure measurement can be initiated only when a significant change in hemodynamic state is detected.

本発明によるモニタリングシステムの実施形態の概略ダイアグラムを示す図である。1 shows a schematic diagram of an embodiment of a monitoring system according to the invention. ＰＡＴ方法論の説明のため心電図及びフォトプレチスモグラムのダイアグラムを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an electrocardiogram and a photoplethysmogram diagram for explaining the PAT methodology. 血圧減少の場合における典型的なＰＡＴ増加を説明するダイアグラムを示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a typical PAT increase in the case of blood pressure reduction. 本発明によるモニタリング方法の第１の実施形態を説明するフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart explaining 1st Embodiment of the monitoring method by this invention. 本発明によるモニタリング方法の第２の実施形態を説明するフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart explaining 2nd Embodiment of the monitoring method by this invention. 本発明によるモニタリング方法の第３の実施形態を説明するフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart explaining 3rd Embodiment of the monitoring method by this invention.

本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。   These and other aspects of the invention will be apparent from and will be elucidated with reference to the embodiments described hereinafter.

図１は、ベッド１０２に横になる対象１００、例えば患者の血行力学的状態をモニタリングする、本発明によるモニタリングシステム１０の概略図を示す。そこでは、対象１００の頭部は枕１０４上に配置され、対象１００は毛布１０６で覆われる。システム１０は、時間にわたり対象１００の複数の画像１３を得る撮像ユニット１２と、対象１００のバイタルサインに関連付けられる対象１００のセンサ信号１５を得るセンサユニット１４と、上記複数の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号１７を生成するＰＰＧユニット１６と、対象１００の血行力学的状態に関する血行力学的情報１９を抽出するため、上記センサ信号１５及び上記ＰＰＧ信号１７を評価する評価ユニット１８とを有する。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a monitoring system 10 according to the present invention for monitoring the hemodynamic status of a subject 100 lying on a bed 102, for example a patient. There, the head of the object 100 is placed on a pillow 104 and the object 100 is covered with a blanket 106. The system 10 includes an imaging unit 12 that obtains a plurality of images 13 of the object 100 over time, a sensor unit 14 that obtains a sensor signal 15 of the object 100 associated with a vital sign of the object 100, and a photoplethysmography PPG from the plurality of images. A PPG unit 16 that generates a signal 17 and an evaluation unit 18 that evaluates the sensor signal 15 and the PPG signal 17 to extract hemodynamic information 19 relating to the hemodynamic state of the subject 100.

このセットアップにおいて、撮像ユニット１２は、遠隔距離に、例えばベッド１０２が配置される部屋の天井又は壁にインストールされる。一般に、環境光は、シーンを照射するのに充分である。しかし、オプションの光源２０が、シーンを照射して、充分な画像コントラストを確実にするために存在することもできる。ある実施形態において、撮像ユニット２０は、モノクロ又はシングルカラーカメラ、例えば赤外線カメラ又はビデオカメラであり、光源２０は、対応する光源、例えば赤外線光源とすることができる。更なる実施形態において、撮像ユニット１２が可視及び／又は赤外線スペクトル範囲において光を検出するよう構成され、並びに光源２０が、赤外線及び／又は可視スペクトル範囲において光を放出するよう構成されることができる点を理解されたい。この実施形態において、対象１００及び撮像ユニット１２は、互いに反対の位置に配置される。しかし、撮像ユニット１２及び光源２０が原則として、対象１００に対して任意に方向付けられることができる点を理解されたい。   In this setup, the imaging unit 12 is installed at a remote distance, for example, on the ceiling or wall of the room where the bed 102 is located. In general, ambient light is sufficient to illuminate the scene. However, an optional light source 20 can also be present to illuminate the scene and ensure sufficient image contrast. In some embodiments, the imaging unit 20 is a monochrome or single color camera, such as an infrared camera or a video camera, and the light source 20 can be a corresponding light source, such as an infrared light source. In further embodiments, the imaging unit 12 can be configured to detect light in the visible and / or infrared spectral range, and the light source 20 can be configured to emit light in the infrared and / or visible spectral range. Please understand the point. In this embodiment, the object 100 and the imaging unit 12 are arranged at positions opposite to each other. However, it should be understood that the imaging unit 12 and the light source 20 can in principle be arbitrarily oriented with respect to the object 100.

プロセッサ若しくはコンピュータで実行されるソフトウェアとして及び／又は専用ハードウェアとして実現されることができるＰＰＧユニット１６において、ＰＰＧ信号１７は、撮像ユニットにより取得された複数の画像１３から生成される。プレチスモグラフィは一般に、器官又は体部位のボリューム変化の測定を指し、特に、心拍毎に対象の体を通り進行する心血管パルス波が原因によるボリューム変化の検出を指す。光プレチスモグラフィ（ＰＰＧ）は、関心領域又はボリュームの光反射又は透過の時間変動変化を評価する光学測定技術である。ＰＰＧは、血液が周囲組織より多くの光を吸収するという原理に基づかれる。そのため、すべての心拍に伴う血液量における変動は、これに対応して透過又は反射に影響を及ぼす。心拍に関する情報の他に、ＰＰＧ波形は、例えば呼吸といった更なる生理的現象に起因する情報を有することができる。異なる波長（典型的に赤及び赤外線）での透過性及び／又は反射率を評価することにより、血中酸素飽和が決定されることができる。   In the PPG unit 16, which can be realized as software executed by a processor or computer and / or as dedicated hardware, the PPG signal 17 is generated from a plurality of images 13 acquired by the imaging unit. Plethysmography generally refers to the measurement of volume changes in an organ or body part, and in particular, the detection of volume changes due to cardiovascular pulse waves that travel through the subject's body at every heartbeat. Optical plethysmography (PPG) is an optical measurement technique that evaluates time-varying changes in light reflection or transmission of a region or volume of interest. PPG is based on the principle that blood absorbs more light than the surrounding tissue. Therefore, fluctuations in blood volume with every heartbeat will correspondingly affect transmission or reflection. In addition to information about the heartbeat, the PPG waveform can have information due to further physiological phenomena such as respiration. By evaluating the transmission and / or reflectivity at different wavelengths (typically red and infrared), blood oxygen saturation can be determined.

対象の心拍及び（動脈）血中酸素飽和を測定する従来のパルス酸素濃度計は、対象の皮膚に、例えば指先端、耳たぶ又は額に付けられる。従って、それらは、「接触」ＰＰＧデバイスと呼ばれる。典型的なパルス酸素濃度計は、光源としての赤色ＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤと、患者組織を通過した光を検出する１つのフォトダイオードとを有する。市販のパルス酸素濃度計は、赤及び赤外線波長での測定の間を迅速に切り替え、これにより、２つの異なる波長での組織の同じ領域又はボリュームの透過性を測定する。これは、時間分割多重化と呼ばれる。各波長での時間にわたる透過性は、赤及び赤外線波長に関するＰＰＧに波形を与える。接触ＰＰＧは基本的に非侵襲性技術として考えられるが、接触ＰＰＧ測定はしばしば、不快なものとして経験される。なぜなら、パルス酸素濃度計は対象に対して直接付けられ、任意のケーブルが移動する自由を制限するからである。   A conventional pulse oximeter that measures a subject's heart rate and (arterial) blood oxygen saturation is applied to the subject's skin, for example, the fingertip, earlobe or forehead. They are therefore referred to as “contact” PPG devices. A typical pulse oximeter has a red LED and an infrared LED as light sources and one photodiode that detects the light that has passed through the patient tissue. Commercial pulse oximeters quickly switch between measurements at red and infrared wavelengths, thereby measuring the permeability of the same region or volume of tissue at two different wavelengths. This is called time division multiplexing. The transmission over time at each wavelength gives the PPG a waveform for the red and infrared wavelengths. While contact PPG is basically considered a non-invasive technique, contact PPG measurements are often experienced as unpleasant. This is because the pulse oximeter is attached directly to the subject and limits the freedom of movement of any cable.

本発明によれば、目立たない測定のための合間が導入された非接触遠隔ＰＰＧ技術が適用される。これによれば、対象の１つ又は複数の皮膚部分の画像の時系列が、例えばVerkruysseその他による「Remote plethysmographic imaging using ambient light」、Optics Express、16(26)、22 December 2008、pp. 21434-21445に記載されるように評価される。著者らは、環境照明及び従来の消費者向けレベルのビデオカメラを用いて、ＰＰＧ信号がリモートで測定されることができることを証明した。血液量パルスによりもたらされる皮膚の微妙な色変化が、こうして検出される。関心領域２２は概して、顔であり、特に額又は頬である。しかし、例えばおむつだけをつける新生児の体といった、対象における皮膚領域の他の覆われていない部分（例えば首又は喉）が存在する場合もある。同じカメラが、異なる関心領域２４を用いて、対象の胸部及び／又は子宮の呼吸運動をモニタリングすることにより、呼吸レートを測定することもできる。   According to the present invention, a non-contact remote PPG technology is applied that introduces a gap for inconspicuous measurements. According to this, a time series of images of one or more skin parts of a subject can be obtained from, for example, “Remote plethysmographic imaging using ambient light” by Verkruysse et al., Optics Express, 16 (26), 22 December 2008, pp. 21434- Evaluated as described in 21445. The authors have demonstrated that PPG signals can be measured remotely using ambient lighting and conventional consumer level video cameras. A subtle color change of the skin caused by the blood volume pulse is thus detected. The region of interest 22 is generally the face, in particular the forehead or cheek. However, there may be other uncovered parts of the skin area (eg neck or throat) in the subject, for example a neonatal body wearing only a diaper. The same camera can also measure the respiratory rate by monitoring the respiratory motion of the subject's chest and / or uterus using different regions of interest 24.

対象１００のバイタルサイン（例えば心拍又は呼吸レート）に関連付けられる対象１００のセンサ信号１５を得るセンサユニット１４が好ましくは、１つ又は複数の圧力センサ１４１及び／又は１つ又は複数の容量性センサ１４２を有する。これらは好ましくは、ベッド１０２のマットレス１０３に配置される。（例えば圧電箔に基づかれる）圧力センサ１４１は、圧力センサ信号１５１を生成する。これは、姿勢を検出し、呼吸運動及び心拍を、例えば心臓における弾道力を測定する心弾動図記録法に基づき、抽出するため、重量分布及び動圧力変化を検出する。容量性センサ１４２は、心拍情報を抽出するのに用いられることができる（ＥＣＧ状の）ＥＣＧセンサ信号１５２を生成する。センサユニット１４の単一又はすべてのセンサが、例えば毛布１０６又は枕１０４といった繊維構造に一体化されることもでき、又は対象１００により着用される織物に一体化されることもできる点を理解されたい。斯かるセンサは、例えばVan der Lossらによる「Unobtrusive Vital Signs Monitoring from a Multisensor Bed Sheet」、RESNA*2001 Reno、NV、June 22-26、2001及びEilebrechtらによる「Multichannel ECG- measurement-system with capacitive patient coupling」、Biomed Tech 2010、55 (Suppl. 1)に開示される。これらの文書における斯かるセンサの説明は、参照により本書に含まれる。   A sensor unit 14 that obtains a sensor signal 15 of the subject 100 associated with a vital sign (eg, heart rate or respiration rate) of the subject 100 is preferably one or more pressure sensors 141 and / or one or more capacitive sensors 142. Have These are preferably placed on the mattress 103 of the bed 102. A pressure sensor 141 (eg, based on a piezoelectric foil) generates a pressure sensor signal 151. It detects posture, extracts respiratory motion and heartbeat based on, for example, a cardiographic recording method that measures ballistic forces in the heart, and detects weight distribution and dynamic pressure changes. The capacitive sensor 142 generates an (ECG-like) ECG sensor signal 152 that can be used to extract heart rate information. It is understood that a single or all sensors of sensor unit 14 can be integrated into a textile structure, such as blanket 106 or pillow 104, or can be integrated into a fabric worn by object 100. I want. Such sensors include, for example, `` Unobtrusive Vital Signs Monitoring from a Multisensor Bed Sheet '' by Van der Loss et al., RESNA * 2001 Reno, NV, June 22-26, 2001, and `` Multichannel ECG-measurement-system with capacitive patient '' by Eilebrecht et al. coupling ", Biomed Tech 2010, 55 (Suppl. 1). The description of such sensors in these documents is included herein by reference.

プロセッサ若しくはコンピュータで実行されるソフトウェアとして及び／又は専用ハードウェアとして実現される、例えば、ＰＰＧユニット１４と同じプロセッサで実行されるソフトウェアとして実現されることができる評価ユニット１８は、対象１００の血行力学的状態に関する血行力学的情報１９を抽出するため、一般に、センサ信号１５（本実施形態では圧力センサ信号１５１及びＥＣＧセンサ信号１５２を含む）及び上記ＰＰＧ信号１７を評価する。   The evaluation unit 18 implemented as software running on a processor or computer and / or as dedicated hardware, e.g. implemented as software running on the same processor as the PPG unit 14, provides the hemodynamics of the subject 100. In order to extract hemodynamic information 19 relating to the physical condition, the sensor signal 15 (including the pressure sensor signal 151 and the ECG sensor signal 152 in this embodiment) and the PPG signal 17 are generally evaluated.

血行力学的不安定性及び血圧調節障害は、人にとってひどい結果となる可能性がある。それは例えば、成人に関するより高い転倒リスク、更には突然死といった危機的な健康状態に関連付けられる。転倒は、骨折、入院、病院におけるより長期の滞在及び独立性の損失をもたらす可能性がある。斯かるイベントの基礎をなす根本原因は、非常に変化し、構造的な心臓病、脱水、心配、心理的若しくは物理的ストレス又は薬物エラーが原因であるかもしれない。これらは特に、入院患者にとって非常に一般的である。   Hemodynamic instability and impaired blood pressure regulation can have terrible consequences for a person. It is associated with, for example, a higher fall risk for adults and even critical health conditions such as sudden death. A fall can result in a fracture, hospitalization, longer stay in the hospital and loss of independence. The underlying causes underlying such events vary greatly and may be due to structural heart disease, dehydration, anxiety, psychological or physical stress, or drug errors. These are particularly common for hospitalized patients.

連続して測定される血圧は、正規の障害を検出するパラメータとすることができる。しかしながら、従来のウェアラブルデバイスを介するボリュームクランプ法による非侵襲性の連続的な血圧測定は、複雑で重くアーチファクトの影響を受けやすく、作動させるのに訓練された人員を必要とする。   The blood pressure measured continuously can be a parameter for detecting a normal disorder. However, non-invasive continuous blood pressure measurement by volume clamp methods via conventional wearable devices is complex, heavy and subject to artifacts and requires trained personnel to operate.

本発明の好ましい実施態様によれば、血圧変化、又はより一般に、血行力学的状態（特に血行力学的変化）が、パルス到達時間（ＰＡＴ）方法論に基づきモニタされる。ＰＡＴ測定は、本発明の実施形態に基づき、ＰＰＧ信号１７及びセンサ信号１５から得られる。センサ信号は、特に圧力センサ信号１５１及び／又はＥＣＧセンサ信号１５２から得られるＥＣＧ状信号である。   According to a preferred embodiment of the present invention, blood pressure changes, or more generally hemodynamic conditions (especially hemodynamic changes) are monitored based on pulse arrival time (PAT) methodology. The PAT measurement is obtained from the PPG signal 17 and the sensor signal 15 according to an embodiment of the present invention. The sensor signal is an ECG-like signal obtained in particular from the pressure sensor signal 151 and / or the ECG sensor signal 152.

図２は、パルス到達時間を評価するため、（本発明によるセンサ信号１５により表される又はこれから得られる）心電図及びフォトプレチスモグラム（ＰＰＧ信号１７）を示す。パルス移動時間を測定するため、及びパルス到達時間から血圧における傾向を検出するため、心電図及びフォトプレチスモグラムが、人体１２における異なる位置で検出される。   FIG. 2 shows an electrocardiogram and a photoplethysmogram (PPG signal 17) (represented by or obtained from a sensor signal 15 according to the invention) for assessing the pulse arrival time. An electrocardiogram and a photoplethysmogram are detected at different positions in the human body 12 to measure the pulse travel time and to detect a trend in blood pressure from the pulse arrival time.

パルス到達時間は通常、心電図の最大ピークＲからフォトプレチスモグラムの特定の時間点への時間フレームとして決定される。パルス到達時間は、フットパルス到達時間ＰＡＴｆｏｏｔとして心電図の最大値Ｒからフォトプレチスモグラムの最小値Ｆへの時間フレームとして、又は、トップパルス到達時間ＰＡＴｔｏｐとして心電図の最大値Ｒからフォトプレチスモグラムの最大値Ｔへの時間フレームとして、又はフォトプレチスモグラムの最大値と最小値との間のフォトプレチスモグラムの最大傾斜への時間として検出されることができる。一般に、パルス到達時間（ＰＡＴ）は、大動脈閉鎖の測定により決定される前駆出時間（ＰＥＰ）及びパルス移動時間（ＰＴＴ）の合計である。このことは、X. Aubert、J. Muehlsteffによる「Non-Invasive Cuff-less Measurements of the Arterial Blood Pressure: What does Pulse-Transit-Time tell us all about?」、Proc. ESGCO'06、Jena、Germany、May 2006及びJ. Muehlsteff、X. Aubert、M. Schuettによる「Cuff-less Estimation of Systolic Blood Pressure for Short Effort Bicycle Tests: The Prominent Role of the Pre-Ejection Period」、EMBC'06、pp. xy、New York、2006に例えば記載される。 The pulse arrival time is usually determined as a time frame from the maximum peak R of the electrocardiogram to a specific time point of the photoplethysmogram. The pulse arrival time is a time frame from the maximum value R of the electrocardiogram to the minimum value F of the photoplethysmogram as the foot pulse arrival time PATfoot, or from the maximum value R of the electrocardiogram as the top pulse arrival time PATtop. It can be detected as a time frame to the maximum value T of the gram or as the time to the maximum slope of the photoplethysmogram between the maximum and minimum values of the photoplethysmogram. In general, the pulse arrival time (PAT) is the sum of the precursor delivery time (PEP) and the pulse travel time (PTT) determined by measuring aortic closure . Thing is this, X Aubert, J due to Muehlsteff..., "Non-Invasive Cuff-less Measurements of the Arterial Blood Pressure:? What does Pulse-Transit-Time tell us all about ", Proc ESGCO'06, Jena, Germany , May 2006 and J. Muehlsteff, X. Aubert, M. Schuett, “Cuff-less Estimation of Systolic Blood Pressure for Short Effort Bicycle Tests: The Prominent Role of the Pre-Ejection Period”, EMBC'06, pp. Xy, For example, New York, 2006.

ＰＴＴは、血圧に対するうまく規定された関係による血圧変化のマーカーとして使用されることができ、弾性的動脈におけるパルス伝搬に基づかれる。しかしながら、イソ・ボリュメトリック収縮の期間であるＰＥＰは、血圧から独立して変化することができる。従って、この技術のいくつかの欠点は、絶対的な血圧追跡に関して示されるが、それは、血圧変動を追跡するのに充分なパフォーマンスを提供する。   PTT can be used as a marker of blood pressure changes due to a well-defined relationship to blood pressure, and is based on pulse propagation in elastic arteries. However, PEP, the period of isovolumetric contraction, can vary independently of blood pressure. Thus, some drawbacks of this technique are shown with respect to absolute blood pressure tracking, but it provides sufficient performance to track blood pressure fluctuations.

図３は、時間にわたる心拍、パラメータＰＡＴｆｏｏｔ及び収縮期の血圧（ＳＢＰ）のダイアグラムを示す。図３は、危機的なＢＰ減少（下部のダイヤグラム）による、典型的なＰＡＴ増加（真ん中のダイヤグラム）を示す。この測定は、失神の根本原因を診断するための標準的な手順として使用されるティルトテーブル試験の間に得られた。診断的な受動立位エクササイズ（ヘッドアップ式ティルトテーブル検査［ＨＵＴＴ］）を用いる更なる研究は、２０ｍｍＨｇ減少が、ＰＡＴにおける２０...４０ｍｓの変化に関連付けられることを示した。これは容易に検出されることができ、及び従って、切迫した気絶の早期の検出に関する相対的なＰＡＴ変化を使用することの実現可能性を証明した。   FIG. 3 shows a diagram of heart rate over time, parameter PATfoot and systolic blood pressure (SBP). FIG. 3 shows a typical PAT increase (middle diagram) due to a critical BP decrease (bottom diagram). This measurement was obtained during a tilt table test used as a standard procedure for diagnosing the root cause of syncope. Further studies using diagnostic passive standing exercises (head-up tilt table test [HUTT]) have shown that 20 mm Hg reduction is associated with a 20 ... 40 ms change in PAT. This can be easily detected and thus proved the feasibility of using relative PAT changes for early detection of imminent fainting.

本発明によるモニタリングシステム及び方法は、コンタクトレスの方法を用いる別々の測定の改良された信頼性を実現し、コンタクトレスのセンシング方法のみを用いて血行力学的状態及び状態変化に対するアクセスを提供する。それらは、コンタクトレスの方法のみを用いて新生児の危機的な血行力学的イベントの早期の検出を可能にする。更に、本発明は、これまでアクセス可能でなかった血行力学的代用物により、心拍、心拍変動性、呼吸運動といった現在のコンタクトレスの方法のアクセス可能なパラメータの拡張を可能にし、コンタクトレスのセンサだけを用いて、危機検出に関するより好適なパラメータにより、増加した患者安全性を確実にする。信号を融合するアルゴリズムは、血液パルスが始まる瞬間をより信頼性高く抽出することを可能にする。本発明は、例えば追加的なセンサの配置に関して、追加の負担なしに、現在のワークフローにうまくフィットする。   The monitoring system and method according to the present invention achieves improved reliability of separate measurements using contactless methods and provides access to hemodynamic conditions and state changes using only contactless sensing methods. They allow early detection of critical neonatal hemodynamic events using only contactless methods. In addition, the present invention allows the expansion of accessible parameters of current contactless methods such as heart rate, heart rate variability, and respiratory motion with a hemodynamic surrogate that has not been previously accessible, and is a contactless sensor. Alone to ensure increased patient safety with better parameters for crisis detection. The algorithm that fuses the signals makes it possible to more reliably extract the moment when the blood pulse begins. The present invention fits well into the current workflow without additional burden, for example with respect to additional sensor placement.

図４は、心拍及び呼吸レート測定の信頼性チェック、改良されたカバー及び信頼性に関する、本発明によるモニタリング方法の第１の実施形態を説明するフローチャートを示す。ステップＳ１０において、額、指又は他の***置からのフォトプレチスモグラムの測定が、例えば単一のカラー又はモノクロカメラを用いて信号強度変動（照明）の分析により実行される。関心領域は、自動的に検出されることができるか、又は血圧波の到着を検出するため手動で規定されることができる。ステップＳ１２において、容量性ＥＣＧ及び／又は圧力の測定が、マットレス又は織物（スナッグル）において変化する。そこから、心拍、心拍変化及び／又は呼吸レートが検出される。ステップＳ１４において、すべての信号源からのレート及び／又はレート変化が比較される。ステップＳ１６において、これらの測定の信頼性及び整合性がチェックされる。それらが整合している場合、測定された信号は「良好である」として分類され（Ｓ１８）、推定された心拍及び／又は呼吸レートが、「良好な」信号だけから抽出される（Ｓ２０）。それらが整合していない場合、例えば、１つの信号が他の２つの信号と比較して整合していない場合、信号におけるアーチファクトに関するチェックがなされる（Ｓ２２）。少なくとも１つの信号においてアーチファクトが見つからない場合、ラベル「最も高い信用」がこの信号に対して割り当てられ（Ｓ２４）、推定された心拍及び／又は呼吸レートが、「最も高い信用」信号だけから抽出されるか（Ｓ２６）、又は残りの１つより高い信用を持つ両方の信号の平均が報告される（Ｓ２８）。アーチファクトが見つかる場合、この方法はより早期のステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４の１つへと戻る。   FIG. 4 shows a flow chart illustrating a first embodiment of the monitoring method according to the present invention for reliability check of heart rate and respiration rate measurement, improved cover and reliability. In step S10, photoplethysmogram measurement from the forehead, finger or other body position is performed by analysis of signal intensity variation (lighting) using, for example, a single color or monochrome camera. The region of interest can be detected automatically or can be manually defined to detect the arrival of a blood pressure wave. In step S12, the capacitive ECG and / or pressure measurement is changed in the mattress or fabric (snuggle). From there, heart rate, heart rate change and / or respiration rate are detected. In step S14, rates and / or rate changes from all signal sources are compared. In step S16, the reliability and consistency of these measurements are checked. If they are matched, the measured signals are classified as “good” (S18), and the estimated heart rate and / or respiration rate is extracted from only the “good” signals (S20). If they are not matched, for example if one signal is not matched compared to the other two signals, a check is made for artifacts in the signal (S22). If no artifact is found in at least one signal, the label “highest confidence” is assigned to this signal (S24) and the estimated heart rate and / or respiration rate is extracted from only the “highest confidence” signal. (S26) or the average of both signals with higher credit than the remaining one is reported (S28). If an artifact is found, the method returns to one of the earlier steps S10, S12, S14.

図５は、ＰＡＴ測定アプローチに基づかれる血行力学的変化の推論からＰＡＴ測定の信頼性チェックに関連付けられる本発明によるモニタリング方法の第２の実施形態を説明するフローチャートを示す。この方法のステップのいくつかは、図４に示される方法のステップと同じであり、従って同じ参照符号が割り当てられる。ステップＳ１０におけるフォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）の測定並びに圧力波の開始点を推定するステップＳ１２における容量性ＥＣＧ（ｃＥＣＧ）及び／又は圧力変化の測定の後、複数又はすべての可能性がある組み合わせ（ｃＥＣＧ−ＰＰＧ、圧力−ＰＰＧ、ｃＥＣＧ−圧力）の１つ又は複数のＰＡＴ測定が、ステップＳ３０において抽出される。ステップＳ３２において、抽出されたＰＡＴ測定及び／又はＰＡＴ変化の整合性がチェックされる。それらが整合している場合、抽出されたＰＡＴ測定及び／又はＰＡＴ変化が報告され（Ｓ３４）、対象の血行力学的状態に関する情報が、ＰＡＴ測定及び血行力学の間の上述した関係に基づき得られることができる（Ｓ３６）。抽出されたＰＡＴ測定及び／又はＰＡＴ変化における有意な変化が検出される場合、低信号品質の通知又は警報が生成される（Ｓ３８）。   FIG. 5 shows a flowchart illustrating a second embodiment of the monitoring method according to the present invention associated with a PAT measurement reliability check from inference of hemodynamic changes based on the PAT measurement approach. Some of the method steps are the same as the method steps shown in FIG. 4 and are therefore assigned the same reference numerals. After the measurement of the photoplethysmogram (PPG) in step S10 and the measurement of the capacitive ECG (cECG) and / or pressure change in step S12 to estimate the starting point of the pressure wave, several or all possible combinations One or more PAT measurements of (cECG-PPG, pressure-PPG, cECG-pressure) are extracted in step S30. In step S32, the consistency of the extracted PAT measurement and / or PAT change is checked. If they are consistent, the extracted PAT measurements and / or PAT changes are reported (S34) and information about the subject's hemodynamic status is obtained based on the above-described relationship between PAT measurements and hemodynamics. (S36). If a significant change in the extracted PAT measurement and / or PAT change is detected, a low signal quality notification or alert is generated (S38).

図６は、参照測定と比較されるＰＡＴ測定に基づかれる血行力学的変化の早期の検出に関連付けられる本発明によるモニタリング方法の第３の実施形態を説明するフローチャートを示す。ステップＳ４０において、較正フェーズにおいて、ＰＡＴ測定は、図５を参照して上述したように（ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ３０）抽出される。ステップＳ４２において、この期間中に抽出されるＰＡＴ測定が、ＰＡＴ参照（ＰＡＴｒｅｆ）として規定される。オプションで、例えば断続的な血圧測定に関するカフベースの血圧モニタ（評価ユニット１８において評価の結果を検査するのに使用される血圧測定信号３１を提供する図１における符号３０）を用いて、血圧が、この測定の間、測定される（Ｓ４４）。   FIG. 6 shows a flow chart illustrating a third embodiment of the monitoring method according to the invention associated with the early detection of hemodynamic changes based on PAT measurements compared to reference measurements. In step S40, in the calibration phase, PAT measurements are extracted as described above with reference to FIG. 5 (steps S10, S12, S30). In step S42, the PAT measurement extracted during this period is defined as the PAT reference (PATref). Optionally, using, for example, a cuff-based blood pressure monitor for intermittent blood pressure measurement (reference numeral 30 in FIG. 1 providing a blood pressure measurement signal 31 used to examine the result of the evaluation in the evaluation unit 18) During this measurement, it is measured (S44).

ステップＳ４６において、モニタリングフェーズにおいて、ＰＡＴ測定は、図５を参照して上述したように（ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ３０）抽出される。これはその後、図５に示されるステップＳ３２〜Ｓ３８により追従される。また、モニタリングフェーズにおいて、一般にこの測定を改善するため、ＰＡＴ測定の測定を較正するのに、カフベースの血圧測定（図示省略）が使用されることができる。   In step S46, in the monitoring phase, the PAT measurement is extracted as described above with reference to FIG. 5 (steps S10, S12, S30). This is followed by steps S32 to S38 shown in FIG. Also, in the monitoring phase, a cuff-based blood pressure measurement (not shown) can be used to calibrate the measurement of the PAT measurement to improve this measurement generally.

血圧といった血行力学的測定へのアクセスは、患者の健康状態のより良好な評価を可能にする。心拍及び血圧変化の結合された分析は、体における調節メカニズムが正常かどうかに関する洞察を与える。これは、圧受容器反射として知られ、例えばJ. Muehlsteffによる「Pattern Analysis of Pulse Arrival Time and Heart Rate towards Continuous Hemodynamic Monitoring in Low Acuity Settings」、BMT 2010、Rostockに記載されるように、気絶に関する患者のリスクを評価するために重要である。従って、ある実施形態において、評価ユニットは、対象の心拍に関連付けられる心拍信号及び血圧変化を分析するよう構成される。この場合、上記心拍信号は、上記センサ信号及び／又は上記ＰＰＧ信号から得られる。   Access to hemodynamic measurements such as blood pressure allows a better assessment of the patient's health. The combined analysis of heart rate and blood pressure changes gives insights as to whether the regulatory mechanisms in the body are normal. This is known as the baroreceptor reflex and is described in patients with stunning as described, for example, in J. Muehlsteff's “Pattern Analysis of Pulse Arrival Time and Heart Rate towards Continuous Hemodynamic Monitoring in Low Acuity Settings”, BMT 2010, Rostock. It is important for assessing risk. Accordingly, in certain embodiments, the evaluation unit is configured to analyze heart rate signals and blood pressure changes associated with the subject's heart rate. In this case, the heartbeat signal is obtained from the sensor signal and / or the PPG signal.

別の用途は、ＰＡＴ測定が胸内圧変化に対して敏感であるという事実を処理する。これは例えば、無呼吸事象の間に発生する。呼吸負担及びＰＡＴ測定に関するそのインパクトの結合された解釈は、妨害イベントの検出を可能にする。ここで、呼吸負担信号は概して、ほぼ通常の呼吸運動を示すが、胸内圧は異常に変化し、呼吸負担信号だけを用いる測定と比較して、より高い感度及び特異性でこれらのイベントを検出する。従って、ある実施形態において、センサユニットが、対象の呼吸レートに関連付けられる呼吸信号を得るよう構成され、評価ユニットは、１つ又は複数のＰＡＴ測定を抽出し、上記呼吸信号及び１つ又は複数の上記ＰＡＴ測定の相関を分析するよう構成される。この目的のため、対象をモニタするモニタリングシステムが、使用されることができ、このシステムは、時間にわたり対象の複数の画像を得るよう構成される撮像ユニットと、対象の呼吸レートに関連付けられる呼吸信号を得るよう構成されるセンサユニットと、上記複数の画像からフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成するよう構成されるＰＰＧユニットと、１つ又は複数のパルス到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、上記呼吸信号と上記ＰＡＴ測定の１つ又は複数との相関を分析するよう構成される評価ユニットとを有する。   Another application deals with the fact that PAT measurements are sensitive to changes in intrathoracic pressure. This occurs, for example, during an apneic event. The combined interpretation of the impact on respiratory burden and PAT measurement allows detection of disturbing events. Here, the respiratory burden signal generally shows almost normal respiratory motion, but the intrathoracic pressure changes abnormally and detects these events with higher sensitivity and specificity compared to measurements using only the respiratory burden signal To do. Accordingly, in certain embodiments, a sensor unit is configured to obtain a respiratory signal associated with a subject's respiratory rate, and the evaluation unit extracts one or more PAT measurements, and the respiratory signal and one or more It is configured to analyze the correlation of the PAT measurement. For this purpose, a monitoring system that monitors the subject can be used, the system comprising an imaging unit configured to obtain multiple images of the subject over time and a respiratory signal associated with the respiratory rate of the subject. A sensor unit configured to obtain, a PPG unit configured to generate a photoplethysmography PPG signal from the plurality of images, one or more pulse arrival time PAT measurements, and extract the respiratory signal and the And an evaluation unit configured to analyze a correlation with one or more of the PAT measurements.

更に別の用途は、奇脈の検出及び診断を処理する。この場合、異常な血圧変化が、吸気の間、観察される（典型的に１０ｍｍＨｇより大きい）。従って、ある実施形態において、評価ユニットは、吸気の間、異常な血圧変化の存在を決定するよう構成される。   Yet another application handles the detection and diagnosis of arrhythmias. In this case, abnormal blood pressure changes are observed during inspiration (typically greater than 10 mmHg). Thus, in certain embodiments, the evaluation unit is configured to determine the presence of an abnormal blood pressure change during inspiration.

本発明は有利には、例えば保育器に配置される、又は、放射暖熱装置下にいる、更には抱き寄せられている新生児の新生児集中治療において適用されることができる。本発明は更に、患者の緊急看護において、車内モニタリングにおいて、ホームケアにおいて、及びフィットネス用途において適用されることができる。   The present invention can advantageously be applied in neonatal intensive care of newborns, for example placed in an incubator or under a radiant heating device and even cuddled. The present invention can further be applied in patient emergency care, in-vehicle monitoring, in home care, and in fitness applications.

本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。   While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description are to be considered illustrative or exemplary and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. From studying the drawings, disclosure and appended claims, other variations to the disclosed embodiments can be understood and implemented by those skilled in the art practicing the claimed invention.

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。   In the claims, the word “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. A single element or other unit may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measured cannot be used to advantage.

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体において格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。   The computer program can be stored / distributed in suitable media, such as optical storage media or solid media supplied with or as part of other hardware, but via the Internet or other wired or wireless communication systems. It can also be distributed in other formats.

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。   Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.

Claims (11)

対象の血行力学的状態をモニタするモニタリングシステムであって、
時間にわたり遠隔距離から前記対象の複数の画像を得る撮像ユニットと、
前記対象のバイタルサインに関連付けられる前記対象のセンサ信号を得るセンサユニットと、
前記複数の画像から前記対象のさまざまな体部位のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成するＰＰＧユニットと、
前記センサ信号及び前記ＰＰＧ信号を評価し、前記センサ信号及び前記ＰＰＧ信号から、パルス到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、前記ＰＡＴ測定から前記対象の前記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出する評価ユニットとを有する、モニタリングシステム。 A monitoring system to monitor the hemodynamic status of the subject,
An imaging unit for obtaining a plurality of images of the object from a remote distance over time;
A sensor unit for obtaining a sensor signal of the object associated with the vital sign of the object;
And PPG unit for generating a photoplethysmography PPG signals of various body parts of the subject from the previous SL plurality of images,
Evaluating the sensor signal and the PPG signal from the sensor signal and the PPG signal, extracts a pulse arrival time PAT measurement, we extract hemodynamic information about the hemodynamic status of the subject from the PAT measurement A monitoring system having an evaluation unit. 前記評価ユニットが、前記センサ信号及び前記ＰＰＧ信号の前記評価から血圧における変化を決定するよう構成される、請求項１に記載のモニタリングシステム。 The monitoring system of claim 1, wherein the evaluation unit is configured to determine a change in blood pressure from the evaluation of the sensor signal and the PPG signal. 前記評価ユニットが、ＰＡＴ測定として、ＰＡＴフット、ＰＡＴ２０％、ＰＡＴ５０％、ＰＡＴ８０％、ＰＡＴトップ、パルス移動時間及び／又は前駆出時間を抽出するよう構成される、請求項１に記載のモニタリングシステム。 The monitoring system according to claim 1, wherein the evaluation unit is configured to extract a PAT foot, a PAT of 20%, a PAT of 50%, a PAT of 80%, a PAT top, a pulse travel time and / or a precursor time as a PAT measurement. 前記評価ユニットが、前記センサ信号からＰＡＴ測定の開始信号及び前記ＰＰＧ信号の収縮期の測定値から前記ＰＡＴ測定の終了信号を決定するよう構成される、請求項１に記載のモニタリングシステム。 The monitoring system according to claim 1, wherein the evaluation unit is configured to determine a PAT measurement start signal from the sensor signal and a systolic measurement end value of the PPG signal from the sensor signal. 前記評価ユニットが、１つ又は複数のＰＡＴ測定における変化を検出し、１つ又は複数のＰＡＴ測定における変化が検出されたかどうかを示すインジケーション信号を出すよう構成される、請求項１に記載のモニタリングシステム。 2. The evaluation unit according to claim 1, wherein the evaluation unit is configured to detect a change in one or more PAT measurements and to provide an indication signal indicating whether a change in one or more PAT measurements has been detected. Monitoring system . 前記評価ユニットが、同じ対象に関して若しくは異なる対象に関して以前取得された、又は複数の対象に関して取得したＰＡＴ測定から形成される参照ＰＡＴ測定に対して、１つ又は複数の抽出されたＰＡＴ測定を比較するよう構成される、請求項５に記載のモニタリングシステム。 The evaluation unit compares one or more extracted PAT measurements against a reference PAT measurement that was previously acquired for the same object or for different objects, or formed from PAT measurements acquired for multiple objects The monitoring system of claim 5, configured as follows . 前記センサユニットが、前記対象の心拍に関連付けられる心拍信号、及び／又は前記対象の呼吸レートに関連付けられる呼吸信号の抽出を可能にする圧力変化を表す圧力センサ信号を得る圧力センサを有する、請求項１に記載のモニタリングシステム。 The sensor unit comprises a pressure sensor that obtains a pressure sensor signal representing a pressure change that enables extraction of a heart rate signal associated with the heart rate of the subject and / or a respiratory signal associated with the breathing rate of the subject. The monitoring system according to 1 . 前記センサユニットが、前記対象の心拍に関連付けられる心拍信号の抽出を可能にするＥＣＧセンサ信号を得るＥＣＧセンサを有する、請求項１に記載のモニタリングシステム。 The monitoring system of claim 1 , wherein the sensor unit comprises an ECG sensor that obtains an ECG sensor signal that enables extraction of a heartbeat signal associated with the heartbeat of the subject. 前記評価ユニットが、ＰＰＧ信号、ＥＣＧセンサ信号及び圧力センサ信号の異なる組み合わせからパルスの到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、整合性に関して前記ＰＡＴ測定をチェックし、前記チェックの結果を使用して、前記対象の前記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するよう構成される、請求項７又は８に記載のモニタリングシステム。 The evaluation unit extracts pulse arrival time PAT measurements from different combinations of PPG signals, ECG sensor signals and pressure sensor signals, checks the PAT measurements for consistency, and uses the results of the checks to 9. The monitoring system according to claim 7 or 8 , wherein the monitoring system is configured to extract hemodynamic information relating to the hemodynamic state of the blood. 前記対象の血圧を測定する血圧測定ユニットを更に有する、請求項１に記載のモニタリングシステム。 Further comprising monitoring system according to claim 1 of blood pressure measurement unit for measuring the blood pressure of the subject. 対象の血行力学的状態をモニタするモニタリング方法において、
時間にわたり遠隔距離から前記対象の複数の画像を得るステップと、
前記対象のバイタルサインに関連付けられる前記対象のセンサ信号を得るステップと、
前記複数の画像から前記対象のさまざまな体部位のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を生成するステップと、
前記センサ信号及び前記ＰＰＧ信号を評価し、前記センサ信号及び前記ＰＰＧ信号から、パルス到達時間ＰＡＴ測定を抽出し、前記ＰＡＴ測定から前記対象の前記血行力学的状態に関する血行力学的情報を抽出するステップとを有する、処理方法。 In monitoring method for monitoring a hemodynamic condition of the subject,
Obtaining a plurality of images of the object from a remote distance over time;
Obtaining a sensor signal of the object associated with the vital sign of the object;
Generating a photoplethysmography PPG signals of various body parts of the subject from the previous SL plurality of images,
Evaluating the sensor signal and the PPG signal from the sensor signal and the PPG signal, extracts a pulse arrival time PAT measurement, we extract hemodynamic information about the hemodynamic status of the subject from the PAT measurement And a processing method.
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